碳氫燃料因不完全燃燒產生的碳煙顆粒對人體和環(huán)境都有巨大危害。碳煙的生成導致熱損失增加、燃料燃盡率下降,同時污染大氣環(huán)境,影響人們身體健康。氫氣作為清潔燃料,燃燒產物為水,氫與其他燃料混合燃燒能夠有效降低污染物的生成。本文將氫氣與甲烷和乙烯等碳氫燃料不同比例混合燃燒作為研究對象,研究氫氣對碳煙生成的影響。本文對碳氫燃料燃燒火焰溫度進行了測量,采用消光法測量了碳煙的濃度分布,并采用毛細管取樣法對火焰不同高度中心位置處的碳煙顆粒進行收集,通過傅里葉紅外光譜儀、拉曼分析儀、場發(fā)射掃描電鏡等設備,對碳煙顆粒沿火焰軸向方向官能團的變化規(guī)律和石墨化程度的演變過程進行了研究,分別獲得了不同摻氫比例下,甲烷和乙烯火焰中碳煙的生成特性。甲烷火焰摻混氫氣后,火焰不同高度中心位置處的溫度略有上升,摻氫比為10%、20%和30%時火焰中心溫度分別較純甲烷火焰上升27.08K、25.91K和33.66K;相同摻氫比下,摻氫乙烯火焰分別比純乙烯火焰升高28.98K、19.12K和4.14K,摻混后的溫度增幅沒有甲烷明顯。未摻混氫氣時,乙烯火焰碳煙峰值濃度為6.38ppm,摻氫比為10%、20%和30%時,峰值濃度分... 

【文章來源】：安徽工業(yè)大學安徽省

【文章頁數】：85 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 光學測量研究現狀
        1.2.2 燃料摻混氫氣的研究現狀
        1.2.3 碳煙顆粒表面官能團的研究現狀
        1.2.4 碳煙顆粒石墨化的研究現狀
        1.2.5 碳煙顆粒形貌的研究現狀
    1.3 本文的研究內容
第二章 實驗系統及分析方法
    2.1 實驗系統
        2.1.1 燃燒系統
        2.1.2 碳煙體積濃度測量系統構成及原理
        2.1.3 毛細管碳煙取樣系統
        2.1.4 火焰溫度測量系統
    2.2 傅里葉紅外光譜分析
        2.2.1 傅里葉紅外光譜原理及實驗設備
        2.2.2 傅里葉紅外分析方法
    2.3 拉曼光譜分析
        2.3.1 拉曼光譜儀原理及實驗設備
        2.3.2 拉曼分析法操作步驟
    2.4 場發(fā)射掃描電鏡分析
        2.4.1 場發(fā)射掃描電鏡原理及設備
        2.4.2 場發(fā)射掃描電鏡樣品制備
    2.5 本章小結
第三章 摻氫對碳氫燃料擴散火焰溫度和碳煙濃度的影響
    3.1 實驗工況
    3.2 摻氫后火焰的形態(tài)變化
        3.2.1 摻氫后甲烷火焰的形態(tài)變化
        3.2.2 摻氫后乙烯火焰的形態(tài)變化
    3.3 火焰溫度變化
        3.3.1 摻氫后甲烷火焰的溫度變化
        3.3.2 摻氫后乙烯火焰的溫度變化
    3.4 乙烯火焰碳煙濃度的研究
        3.4.1 實驗步驟
        3.4.2 準確性和抗噪性驗證
        3.4.3 碳煙體積濃度分析
    3.5 本章小結
第四章 碳煙顆粒表面官能團及石墨化程度研究
    4.1 樣品制備
    4.2 譜線前處理及重復性檢驗
        4.2.1 譜線前處理
        4.2.2 紅外光譜的重復性檢驗
    4.3 紅外光譜的分析內容
    4.4 碳煙顆粒表面官能團定性分析
    4.5 摻氫比對碳煙顆粒表面官能團的影響
        4.5.1 摻氫比對乙烯火焰中官能團含量變化的影響
        4.5.2 摻氫比對甲烷火焰中官能團含量變化的影響
    4.6 碳煙顆粒石墨化程度分析
        4.6.1 拉曼的一致性檢驗
        4.6.2 樣品顆粒的拉曼擬合
        4.6.3 甲烷和乙烯火焰中碳煙顆粒的石墨化研究
    4.7 本章小結
第五章 摻氫對碳煙形貌的影響
    5.1 甲烷火焰中碳煙顆粒形貌
        5.1.1 純甲烷火焰中碳煙顆粒形貌
        5.1.2 摻氫對甲烷火焰中碳煙顆粒形貌的影響
    5.2 摻氫對乙烯火焰中碳煙顆粒形貌的影響
    5.3 本章小結
第六章 全文總結與工作展望
    6.1 全文總結
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 工作展望
參考文獻
附錄 攻讀碩士學位期間研究成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]甲烷/氧氣預混火焰中燃空當量比對碳煙微觀結構和氧化活性的影響[J]. 李娜,宋崇林,劉野,呂剛.  燃燒科學與技術. 2018(03)
[2]乙醇對丁酸甲酯擴散火焰碳煙顆粒形貌演變及微觀結構的影響[J]. 劉春鵬,高展,朱磊,黃震.  內燃機與動力裝置. 2018(02)
[3]激光誘導熒光法測量內燃機雙燃料燃燒過程中的甲醛和羥基[J]. 唐青龍,耿超,李明坤,劉海峰,堯命發(fā).  物理化學學報. 2015(12)
[4]一種新型非平行光消光法在碳煙測試中的應用[J]. 劉福水,戴鈺杰,何旭,高永利,劉鳳山,李向榮.  北京理工大學學報. 2014(12)
[5]激光能量密度對激光誘導熾光技術測試碳煙粒徑的影響[J]. 高永利,何旭,李紅梅,劉鳳山,李向榮,劉福水.  紅外與激光工程. 2014(08)
[6]基于OpenFOAM的甲烷摻氫燃燒數值模擬研究[J]. 李嘉辰,劉昊,趙光耀,盧海濤,韓雪嬌,張紅光.  中國現代教育裝備. 2014(05)
[7]基于圖像處理測量擴散火焰溫度和碳黑濃度[J]. 婁春,孫亦鵬,周懷春.  工程熱物理學報. 2010(09)
[8]用激光誘導熾光法定量測量火焰中的碳煙濃度[J]. 何旭,馬驍,王建昕.  燃燒科學與技術. 2009(04)
[9]光譜消光法測量高壓濕蒸汽的研究[J]. 徐峰,蔡小舒,蘇明旭,任寬芳,Jean Marc Dorey.  動力工程. 2009(03)
[10]用激光誘導可見光法測量電場影響下火焰碳煙顆粒濃度的分布變化[J]. 王宇,姚強,何旭,馬驍,宋薔,李水清.  中國電機工程學報. 2008(08)

博士論文
[1]不同燃料對柴油機排氣顆粒物的影響研究[D]. 郝斌.天津大學 2014
[2]不同特性燃料條件下柴油機缸內微粒納觀結構、表面官能團及氧化活性的研究[D]. 王林.天津大學 2012
[3]柴油機缸內微粒的微觀結構、表面官能團及氧化特性研究[D]. 張煒.天津大學 2010
[4]軸對稱層流擴散火焰溫度和煙黑體積濃度檢測方法研究[D]. 盧晶.華中科技大學 2009
[5]電場作用下火焰中碳煙顆粒的分布與聚積規(guī)律[D]. 王宇.清華大學 2009
[6]天然氣-氫氣混合燃料直噴燃燒特性和預混層流火焰研究[D]. 王金華.西安交通大學 2009

碩士論文
[1]激光誘導熾光法的仿真與實驗研究[D]. 江宇超.吉林大學 2016
[2]甲烷擴散火焰中碳煙顆粒形貌及力學特性的研究[D]. 王思文.天津大學 2016
[3]生物質燃油碳煙顆粒干摩擦特性研究[D]. 唐卡.合肥工業(yè)大學 2015
[4]乙烯層流預混火焰中碳煙顆粒長大規(guī)律研究[D]. 孔德彧.上海交通大學 2015
[5]甲烷擴散火焰中碳煙微觀結構、表面官能團及氧化性研究[D]. 王明珠.天津大學 2014
[6]預混火焰工況對碳煙表面官能團和氧化特性影響規(guī)律研究[D]. 馬翔.天津大學 2014
[7]基于火焰圖像求取溫度場的雙色法測溫系統設計[D]. 曾志斌.華中科技大學 2013
[8]基于激光誘導熾光法的碳煙測量方法研究[D]. 岳宗宇.天津大學 2012
[9]預混火焰分析系統開發(fā)及反應工況對碳煙結構特性的影響[D]. 李政.天津大學 2012
[10]擴散火焰煙黑生成特性研究[D]. 艾力江.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2002



本文編號：3154536